In 2021 zal de wereldwijde verkoop van elektrische voertuigen 9% van de totale verkoop van personenauto’s uitmaken.
Om dat aantal te vergroten, doen autofabrikanten en leveranciers, naast zware investeringen in nieuwe zakelijke landschappen om de ontwikkeling, productie en promotie van elektrificatie te versnellen, ook hun hersens om zich voor te bereiden op de volgende generatie voertuigonderdelen.
Voorbeelden zijn onder meer solid-state batterijen, axiale motoren en elektrische systemen van 800 volt die beloven de oplaadtijden te halveren, de batterijgrootte en -kosten drastisch te verminderen en de efficiëntie van de aandrijflijn te verbeteren.
Tot nu toe heeft slechts een handvol nieuwe auto’s een 800 volt-systeem gebruikt in plaats van de gebruikelijke 400.
Modellen met 800 volt-systemen die al op de markt zijn, zijn: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 en Kia EV6. De Lucid Air-limousine maakt gebruik van een 900-volt-architectuur, hoewel experts uit de industrie denken dat het technisch gezien een 800-volt-systeem is.
Vanuit het perspectief van leveranciers van EV-componenten zal de 800-volt batterijarchitectuur tegen het einde van de jaren 2020 de dominante technologie zijn, vooral nu er steeds meer toegewijde, volledig elektrische platforms met 800-volt-architectuur opkomen, zoals Hyundai's E-GMP en PPE van de Volkswagen-groep.
Het modulaire elektrische platform E-GMP van Hyundai Motor wordt geleverd door Vitesco Technologies, een aandrijflijnbedrijf dat is afgesplitst van Continental AG, om omvormers van 800 volt te leveren; Volkswagen Group PPE is een batterijarchitectuur van 800 volt die gezamenlijk is ontwikkeld door Audi en Porsche. Modulair platform voor elektrische voertuigen.
"Tegen 2025 zullen modellen met 800 volt-systemen steeds gebruikelijker worden", zegt Dirk Kesselgruber, president van GKN's elektrische aandrijflijndivisie, een technologieontwikkelingsbedrijf. GKN is ook een van de vele Tier 1-leveranciers die de technologie gebruiken en componenten leveren zoals elektrische assen van 800 volt, met het oog op massaproductie in 2025.
Hij zei tegen Automotive News Europe: "Wij denken dat het 800 volt-systeem mainstream zal worden. Hyundai heeft ook bewezen dat het qua prijs net zo concurrerend kan zijn."
In de Verenigde Staten begint de Hyundai IQNIQ 5 bij $ 43.650, wat meer gegrond is dan de gemiddelde prijs van $ 60.054 voor elektrische voertuigen in februari 2022, en door meer consumenten kan worden geaccepteerd.
"800 volt is de logische volgende stap in de evolutie van puur elektrische voertuigen", zei Alexander Reich, hoofd innovatieve vermogenselektronica bij Vitesco, in een interview.
Naast het leveren van 800 volt-omvormers voor Hyundai's E-GMP modulaire elektrische platform, heeft Vitesco nog andere grote contracten binnengehaald, waaronder omvormers voor een grote Noord-Amerikaanse autofabrikant en twee toonaangevende EV's in China en Japan. De leverancier levert de motor.
Het segment elektrische systemen van 800 volt groeit sneller dan een paar jaar geleden werd verwacht, en de klanten worden sterker, zegt Harry Husted, chief technology officer bij de Amerikaanse auto-onderdelenleverancier BorgWarner, via e-mail. interesse. De leverancier heeft ook enkele orders binnengehaald, waaronder een geïntegreerde aandrijfmodule voor een Chinees luxemerk.
1. Waarom is 800 volt de "logische volgende stap"?
Wat zijn de highlights van het 800 volt-systeem vergeleken met het bestaande 400 volt-systeem?
Ten eerste kunnen ze hetzelfde vermogen leveren bij een lagere stroomsterkte. Verhoog de oplaadtijd met 50% met hetzelfde batterijformaat.
Als gevolg hiervan kan de batterij, het duurste onderdeel van een elektrisch voertuig, kleiner worden gemaakt, waardoor de efficiëntie toeneemt en het totale gewicht wordt verlaagd.
Otmar Scharrer, senior vice-president van geëlektrificeerde aandrijflijntechnologie bij ZF, zei: “De kosten van elektrische voertuigen zijn nog niet op hetzelfde niveau als die van benzinevoertuigen, en een kleinere batterij zou een goede oplossing zijn. Ook het hebben van een zeer grote batterij in een mainstream compact model als de Ioniq 5 heeft op zichzelf geen zin.”
"Door de spanning en dezelfde stroom te verdubbelen, kan de auto twee keer zoveel energie krijgen", zei Reich. "Als de oplaadtijd snel genoeg is, hoeft de elektrische auto misschien geen tijd te besteden aan het nastreven van een actieradius van 1.000 kilometer."
Ten tweede, omdat hogere spanningen hetzelfde vermogen leveren met minder stroom, kunnen kabels en draden ook kleiner en lichter worden gemaakt, waardoor het verbruik van duur en zwaar koper wordt verminderd.
Verloren energie wordt ook dienovereenkomstig verminderd, wat resulteert in een beter uithoudingsvermogen en betere motorprestaties. En er is geen complex thermisch beheersysteem nodig om ervoor te zorgen dat de batterij op de optimale temperatuur werkt.
Ten slotte kan het 800 volt-systeem, in combinatie met de opkomende siliciumcarbide-microchiptechnologie, de efficiëntie van de aandrijflijn met maximaal 5 procent verhogen. Deze chip verliest weinig energie bij het schakelen en is vooral effectief bij regeneratief remmen.
Omdat de nieuwe siliciumcarbidechips minder puur silicium gebruiken, kunnen de kosten lager uitvallen en kunnen er meer chips aan de auto-industrie worden geleverd, aldus leveranciers. Omdat andere industrieën de neiging hebben om volledig uit silicium bestaande chips te gebruiken, concurreren zij met autofabrikanten op de productielijn van halfgeleiders.
"Concluderend: de ontwikkeling van 800 volt-systemen is van cruciaal belang", besluit Kessel Gruber van GKN.
2. Netwerkindeling van 800 volt laadstations
Hier is nog een vraag: de meeste bestaande laadstations zijn gebaseerd op het 400 volt-systeem. Is er echt een voordeel voor auto's die het 800 volt-systeem gebruiken?
Het antwoord van experts uit de sector is: ja. Hoewel het voertuig een op 800 volt gebaseerde laadinfrastructuur nodig heeft.
"Het grootste deel van de bestaande DC-snellaadinfrastructuur is bedoeld voor voertuigen van 400 volt", zei Hursted. "Om snelladen van 800 volt te realiseren, hebben we de nieuwste generatie hoogspannings-, krachtige DC-snelladers nodig."
Voor thuisladen is dat geen probleem, maar tot nu toe zijn de snelste openbare laadnetwerken in de VS beperkt. Reich denkt dat het probleem nog groter is voor laadstations langs de snelweg.
In Europa zijn de oplaadnetwerken van 800 volt echter in opkomst, en Ionity heeft in heel Europa een aantal oplaadpunten van 800 volt en 350 kilowatt op de snelweg.
Ionity EU is een samenwerkingsproject van meerdere autofabrikanten voor een netwerk van krachtige laadstations voor elektrische voertuigen, opgericht door de BMW Group, Daimler AG, Ford Motor en Volkswagen. In 2020 trad Hyundai Motor toe als de vijfde grootste aandeelhouder.
"Een oplader van 800 volt en 350 kilowatt betekent een oplaadtijd van 100 kilometer van 5-7 minuten", zegt Schaller van ZF. "Dat is maar een kopje koffie."
“Dit is echt een ontwrichtende technologie. Het zal de auto-industrie ook helpen meer mensen te overtuigen om elektrische voertuigen te omarmen.”
Volgens een recent rapport van Porsche duurt het ongeveer 80 minuten om 400 kilometer actieradius te vergroten in een typische elektriciteitscentrale van 50 kW en 400 V; 40 minuten als het 100 kW is; bij het afkoelen van de laadstekker (kosten, gewicht en complexiteit), waardoor de tijd verder kan worden teruggebracht tot 30 minuten.
“Daarom is in de zoektocht naar sneller opladen een overgang naar hogere spanningen onvermijdelijk”, concludeert het rapport. Porsche denkt dat bij een laadspanning van 800 volt de tijd zou dalen tot ongeveer 15 minuten.
Opladen net zo eenvoudig en snel als tanken: de kans is groot dat dit gebeurt.
3. Pioniers in conservatieve industrieën
Als de 800 volt-technologie inderdaad zo goed is, is het de moeite waard om je af te vragen waarom, met uitzondering van de bovengenoemde modellen, bijna alle elektrische voertuigen nog steeds gebaseerd zijn op 400 volt-systemen, zelfs marktleiders Tesla en Volkswagen. ?
Schaller en andere experts schrijven de redenen toe aan ‘gemak’ en ‘eerst in de sector zijn’.
Een typisch huis gebruikt 380 volt driefasige wisselstroom (de spanningswaarde is eigenlijk een bereik, geen vaste waarde), dus toen autofabrikanten plug-in hybrides en puur elektrische voertuigen begonnen uit te rollen, was de laadinfrastructuur er al. En de eerste golf elektrische voertuigen werd gebouwd op componenten die waren ontwikkeld voor plug-in hybrides en die waren gebaseerd op 400 volt-systemen.
"Als iedereen 400 volt gebruikt, betekent dit het spanningsniveau dat overal in de infrastructuur beschikbaar is", zei Schaller. "Het is het handigst, het is direct beschikbaar. Mensen denken er dus niet te veel over na. Direct besloten."
Kessel Gruber noemt Porsche een pionier van het 800-volt-systeem omdat het zich meer op prestaties dan op bruikbaarheid concentreerde.
Porsche durft opnieuw te evalueren wat de industrie uit het verleden heeft overgenomen. Hij vraagt zich af: “Is dit werkelijk de beste oplossing?” "Kunnen we het helemaal opnieuw ontwerpen?" Dat is het mooie van een high-performance autofabrikant.
Experts uit de sector zijn het erover eens dat het slechts een kwestie van tijd is voordat er meer elektrische voertuigen van 800 volt op de markt komen.
Er zijn niet veel technische uitdagingen, maar onderdelen moeten worden ontwikkeld en gevalideerd; de kosten kunnen een probleem zijn, maar met schaalgrootte, kleinere cellen en minder koper zullen de kosten snel komen.
Volvo, Polestar, Stellantis en General Motors hebben al verklaard dat toekomstige modellen de technologie zullen gebruiken.
De Volkswagen Groep is van plan een reeks auto’s te lanceren op zijn 800-volt PPE-platform, waaronder een nieuwe Macan en een stationwagen gebaseerd op het nieuwe A6 Avant E-tron-concept.
Een aantal Chinese autofabrikanten hebben ook een overstap naar 800 volt-architectuur aangekondigd, waaronder Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD en Lotus, eigendom van Geely.
“Met de Taycan en de E-tron GT heb je een voertuig met toonaangevende prestaties. De Ioniq 5 is het bewijs dat een betaalbare gezinsauto mogelijk is”, besluit Kessel Gruber. "Als deze paar auto's het kunnen, dan kan elke auto het."
Posttijd: 19 april 2022